魚眼鏡頭邊緣成像強化設計
1. 明確設計目標
- 視場（FOV）：例如 FOV > 120° 的邊緣區域為強化重點
- 投影方式：選擇適當模型如等距或等立體角
- 光圈大小（F數）：如 F/2.8，提供充足進光
- 感測器尺寸：例如 1/2.5 吋 CMOS
- 品質權衡：
- 邊緣：高 MTF、低色差與畸變
- 中央：允許模糊、變形
2. 選擇投影模型
- 等距投影（fθ）：r = fθ
- 等立體角投影：r = 2f sin(θ/2)
- 自訂投影：偏向邊緣像素密度分配
3. 光學設計策略
a. 透鏡組配置
- 前組：大口徑負透鏡、非球面鏡、自由曲面
- 後組：針對邊緣像差校正（彗差、色差）
- 光圈位置靠後以減少邊緣暗角
b. 像差校正
- 邊緣：高折射玻璃、非球面校正
- 中央：容許球差與色差
c. 非球面與自由曲面
提高邊緣控制力，中央允許變形。
d. 材料選擇
- 邊緣：高折射率、低色散玻璃（如 N-LASF）
- 中央：成本較低材料（如 BK7）
- 鍍膜：抗反射鍍膜於邊緣路徑
4. 模擬與優化
- 軟體：Zemax、Code V
- 優化目標：
- 邊緣：MTF > 0.5（30 lp/mm）、畸變 < 5%
- 中央：MTF < 0.2、畸變容許 > 20%
- 光線追蹤與點列圖（Spot Diagram）驗證
5. 感測器與後處理
- 高解析度 CMOS 感測器（如 8MP 以上）
- 中央可映射至感測器中央小區域
- OpenCV 或 GPU 實現邊緣畸變校正
6. 設計範例
- FOV：180°，F/2.8 光圈
- 結構：8-10 片透鏡（含 2 片非球面）
- 投影：等立體角
- 邊緣 MTF > 0.5 @ 30 lp/mm
- 中央 MTF < 0.2 @ 30 lp/mm
7. 挑戰與權衡
- 製造成本與公差挑戰
- 需搭配高解析度感測器
- 中央成像品質需符合應用可接受範圍
8. 適用應用場景
- 全景監控攝影機
- VR/AR 環視鏡頭
- 藝術或科研攝影
9. 後續建議
- Zemax 設計原型與模擬
- 與製造商合作試產
- 整合圖像處理演算法
留言